頂管施工在市政截污工程中的應(yīng)用探究

葉東曉

（惠州市水電建筑工程有限公司,廣東 惠州 516000）

0 引言

我國(guó)市政建設(shè)項(xiàng)目種類繁多,施工工期較長(zhǎng)其施工條件復(fù)雜,因此管道鋪設(shè)與安裝也面臨更高的要求,頂管施工在實(shí)際應(yīng)用中也面臨著更大的挑戰(zhàn)。為規(guī)范頂管施工作業(yè),加強(qiáng)施工應(yīng)用效果,提高頂管施工作業(yè)在實(shí)際工程的應(yīng)用質(zhì)量,以惠州市冷水坑河工程為例,探討頂管施工技術(shù)存在的問(wèn)題及解決方案,通過(guò)實(shí)際工程案例討論頂管施工的作業(yè)要點(diǎn)和難點(diǎn),以期為國(guó)內(nèi)類似地質(zhì)情況的施工作業(yè)提供借鑒和參考。

1 頂管施工技術(shù)特點(diǎn)

1.1 頂管技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

頂管施工主要依靠頂進(jìn)設(shè)備,將鋪設(shè)的管道穿入當(dāng)中,從而形成排水管網(wǎng)。在施工作業(yè)過(guò)程中,應(yīng)通過(guò)當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)情況計(jì)算管道與土壤之間的摩擦力,此外,還應(yīng)注意鋪設(shè)管道坑提的坡度,從而使管道能夠到達(dá)指定位置。目前,頂管施工作業(yè)應(yīng)用較多,其主要原因?yàn)樵谧鳂I(yè)過(guò)程中可以減少地面開(kāi)挖,從而對(duì)地面構(gòu)筑物及車輛運(yùn)行產(chǎn)生的影響較小。此外,由于采用頂進(jìn)力施工,頂管技術(shù)噪聲污染小,對(duì)周圍居民產(chǎn)生的噪聲污染較小。與傳統(tǒng)的管道施工相比,頂管施工能夠通過(guò)頂進(jìn)力減少對(duì)地面的破壞,不但能夠保證地面道路及相關(guān)構(gòu)筑物不受破壞,也能夠最大限度地減少對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境的破壞,同時(shí),頂管作業(yè)破壞小、噪聲小,能夠節(jié)約一定的工程建設(shè)成本,降低項(xiàng)目預(yù)算,實(shí)現(xiàn)城市污水截流和經(jīng)濟(jì)成本節(jié)約的雙重標(biāo)準(zhǔn)[1]。

1.2 頂管技術(shù)類型

（1）穿墻技術(shù)

通過(guò)穿墻技術(shù),能夠使防水套管與墻體埋管準(zhǔn)確對(duì)接,減少因密封問(wèn)題產(chǎn)生的漏水現(xiàn)象,為了確保該技術(shù)的準(zhǔn)確使用,有必要檢查相關(guān)材料的抗震和防水性能,并確保材料在惡劣條件下能保持良好的強(qiáng)度和硬度。在施工過(guò)程中,應(yīng)事先做好事故預(yù)防工作,考慮各種危險(xiǎn)因素,制定有效的解決辦法,對(duì)可能堵塞的管道及時(shí)處理。

（2）螺旋鉆孔技術(shù)

螺旋鉆孔技術(shù)是利用螺旋鉆機(jī)的功能,將管道置于指定位置的技術(shù),這樣能夠減少鉆孔對(duì)地面及周圍地質(zhì)的擾動(dòng),降低作業(yè)對(duì)周圍土壤和環(huán)境的影響,保持土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,規(guī)避施工過(guò)程中的不利因素。螺旋鉆井技術(shù)對(duì)各種口徑的管道普遍適用,大口徑管道應(yīng)用較多,小口經(jīng)管道需要較高的技術(shù)水平,通過(guò)計(jì)算分析降低鉆孔角度與規(guī)劃路徑的偏差,從而保證管道鋪設(shè)順利。

（3）減阻技術(shù)

減阻技術(shù)是通過(guò)技術(shù)來(lái)減少阻力,注漿減阻能有效緩解土壤結(jié)構(gòu)問(wèn)題,降低管道與土壤之間的阻力,提高土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,在保證管道放置準(zhǔn)確的基礎(chǔ)上,對(duì)管道及周圍土壤進(jìn)行雙重保護(hù)。在下管之前,需在土層和管道之間灌注減阻流體,降低管道與土壤之間摩擦力,并且能夠減少其間隙,凝固干燥后對(duì)管道起到保護(hù)支撐作用,以防土壤沉降造成管道破損[2]。

2 頂管施工技術(shù)工程應(yīng)用

2.1 工程概況

惠州市南部3 條河涌（蓮塘布河、河橋水、冷水坑河）水環(huán)境綜合整治工程位于惠州市惠城區(qū)三棟、河南岸兩個(gè)街道（鎮(zhèn)）境內(nèi),主要對(duì)河道兩岸排放至河內(nèi)的污水進(jìn)行截污整治。冷水坑河截污管道布置主要在冷水坑河惠大鐵路至田心村段,本河段長(zhǎng)約2.61 km,共鋪設(shè)截污管2.82 km,新建截污井4 座。由于河橋水河冷水坑河的污水干管回流后,穿越金山大道、四環(huán)南路、沿著四環(huán)南路南側(cè)接入金山污水處理廠污水主管,鑒于目前已建管線現(xiàn)狀圖及招標(biāo)圖紙要求,本排水工程冷水坑河四環(huán)南路段,采用頂管專用Ⅲ級(jí)鋼筋混凝土管,管徑分別為DN800 mm、DN1000 mm、DN1400 mm 及DN1800 mm,共1214 m。其中頂管管材統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 冷水坑河四環(huán)南路段頂管管材統(tǒng)計(jì)表

2.2 頂管施工方法及工藝

確定管線施工范圍內(nèi)及施工需用場(chǎng)地地面所有障礙物,如地下既有管線（根據(jù)甲方提供的既有沿線地下管線分布資料以及人工挖探溝探明情況確定）、電線桿、綠化樹(shù)木以及附近房屋的準(zhǔn)確位置。根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)情況、土層的分布情況,頂管的工作量及施工計(jì)劃工期,擬定頂進(jìn)施工方法及工藝。頂管施工工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 頂管施工工藝流程圖

（1）穿墻頂進(jìn)

施工過(guò)程中頂管的進(jìn)洞和出洞是主要環(huán)節(jié)之一,同時(shí)也是整個(gè)頂管施工成功的主要依據(jù)?；葜菔心先铀h(huán)境整治工程中,采用安裝可拆式止水鋼圈,同時(shí)配合止水膠圈,在出洞口將各節(jié)管道連接安裝,從而防止產(chǎn)生漏水現(xiàn)象。工作井及接收井護(hù)壁外側(cè)布置2 排水泥攪拌樁,攪拌樁為D=550 mm,搭接150 mm。

工作井出洞處理：頂管出洞在整個(gè)施工作業(yè)過(guò)程中較為重要,在穿墻時(shí)應(yīng)防止工具頭下沉,因?yàn)樵诖Τ跗?管道進(jìn)入土壤中的部分較少,工具頭僅由剛?cè)胪恋耐馏w和導(dǎo)軌支撐,受力較小易下沉。因此在工具頭穿墻施工過(guò)程中,要保證其上揚(yáng)3°～8°的初始角度,此外還應(yīng)加固穿墻管道下部的支撐,保證管段之間的相互連接,加強(qiáng)管段與工具管的密封效果。值得注意的是,工具管的推進(jìn)應(yīng)迅速且一氣呵成,避免穿墻管內(nèi)的土體滯留較長(zhǎng)時(shí)間[3]。

穿越攪拌樁止水幕墻：當(dāng)攪拌樁硬度過(guò)大時(shí),應(yīng)該放緩頂進(jìn)速度,否則頂管機(jī)受阻力較大易產(chǎn)生嚴(yán)重扭轉(zhuǎn)甚至破壞?；葜菔心先铀h(huán)境整治工程中,只有少許地段攪拌樁硬度過(guò)大,因此在此類質(zhì)地條件下設(shè)置頂進(jìn)速度在20 mm/min 以內(nèi)。此外,還應(yīng)加大泥水流量,防治因攪拌樁過(guò)硬堵塞泥漿罐。

（2）正常頂進(jìn)

管道出洞后,通過(guò)千斤頂或后座主頂油泵開(kāi)始正常頂進(jìn),使管道按照預(yù)設(shè)軌跡向前推進(jìn)。在管節(jié)向前推進(jìn)時(shí),頂管機(jī)前置大刀盤切削土體,產(chǎn)生的土壤進(jìn)入頂管機(jī)的儲(chǔ)土倉(cāng),通過(guò)添加水?dāng)嚢璩赡酀{后,再經(jīng)排漿管道排出頂管機(jī),具體作用見(jiàn)圖2。在管節(jié)一節(jié)節(jié)推進(jìn)安裝過(guò)程中,頂管機(jī)推進(jìn)前行最終從接收井回收,從而使整個(gè)管道鋪設(shè)完成?；葜菔心先铀h(huán)境整治工程中,初始頂進(jìn)速度為35 mm/min,正常頂進(jìn)速度為110 mm/min,在頂進(jìn)過(guò)程中遇障礙物頂進(jìn)速度為5 mm/min。通過(guò)控制不同階段的頂進(jìn)速度,本工程中實(shí)際出土量維持在95%左右。

圖2 泥水平衡頂管排泥系統(tǒng)

（3）頂管進(jìn)出洞技術(shù)措施

頂管機(jī)殼體與洞口的建筑空隙的止水密封,是保持倉(cāng)壓力的先決條件,必須在洞口設(shè)置密封性能良好的止水裝置。其緊貼頂管機(jī)及管節(jié)外殼,在泥水壓力作用下能更緊貼殼體,形成良好止水效果。

進(jìn)出洞采用穿墻止水構(gòu)造：主要由擋環(huán)、盤根、軋?zhí)m組成。軋?zhí)m將盤根壓緊后起止水擋土作用。一般在井內(nèi)封門外側(cè)安裝一道圓形鋼套,其內(nèi)布置有三道盾尾鋼刷,另外,在鋼套后部安裝兩道鋼環(huán)板,以安裝簾布止水橡膠帶。進(jìn)出洞穿墻止水結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。

圖3 進(jìn)出洞穿墻止水結(jié)構(gòu)示意圖

（4）觸變泥漿注漿系統(tǒng)

頂管作業(yè)時(shí),將觸變泥漿從壓漿系統(tǒng)從機(jī)頭、套管中注入,通過(guò)調(diào)節(jié)配比形成泥漿套,使管節(jié)在泥漿套中滑動(dòng)前行,降低摩擦阻力對(duì)管道頂進(jìn)路徑及管道本身產(chǎn)生的破壞。

圖4 觸變泥漿注漿系統(tǒng)示意圖

惠州市南三河水環(huán)境整治工程中,砂石土層較多,可能明顯發(fā)現(xiàn)靜態(tài)阻力和動(dòng)態(tài)阻力相差懸殊,如果頂進(jìn)過(guò)程中產(chǎn)生中斷,再次繼續(xù)作業(yè)時(shí),管節(jié)和周圍土壤之間產(chǎn)生較大的摩擦阻力,產(chǎn)生“楔緊”現(xiàn)象,需要加大頂力,調(diào)節(jié)為正常推進(jìn)頂力的1.5 倍左右,因此在實(shí)際施工過(guò)程中,一般采取24 h 連續(xù)作業(yè),使管道圖周圍土體始終處于動(dòng)態(tài)平衡之中。

2.3 頂進(jìn)糾偏

在頂進(jìn)過(guò)程中不可避免的產(chǎn)生偏差,工具頭前方的糾偏節(jié)就有至關(guān)重要的作用,在糾偏節(jié)中設(shè)有千斤頂,當(dāng)工具頭由于地質(zhì)結(jié)構(gòu)等原因產(chǎn)生偏差時(shí),通過(guò)測(cè)量結(jié)果相應(yīng)調(diào)整千斤頂受力方向,從而使工具頭回歸正常軌道,實(shí)現(xiàn)管道鋪設(shè)的精準(zhǔn)控制。在實(shí)際施工時(shí),當(dāng)工具頭出現(xiàn)超過(guò)10 mm 的偏差時(shí),應(yīng)立即通過(guò)千斤頂進(jìn)行糾偏,防止繼續(xù)頂進(jìn)產(chǎn)生的更大誤差。

管頂出穿墻管及在長(zhǎng)度30 m～40 m 范圍內(nèi)的偏差是影響全段偏差的關(guān)鍵,特別是出墻洞時(shí),應(yīng)該綜合運(yùn)用工具頭自身糾偏和調(diào)整千斤頂?shù)淖饔昧狭χ行膩?lái)控制頂管方向。在惠州市南三河水環(huán)境整治工程施工過(guò)程中,每次糾偏的幅度以5 mm 為一個(gè)單元,再頂進(jìn)1 m 時(shí),如果根據(jù)頂管機(jī)的測(cè)斜儀及激光經(jīng)緯儀測(cè)量偏位趨勢(shì)沒(méi)有減少,增大糾偏力度（以5 mm 為一個(gè)單元）,如果根據(jù)頂管機(jī)的測(cè)斜儀及激光經(jīng)緯儀測(cè)量偏位趨勢(shì)穩(wěn)定或減少時(shí),保持該糾偏力度繼續(xù)頂進(jìn),當(dāng)偏位趨勢(shì)相反時(shí),則需要將糾偏力度逐漸減少。頂管施工的頂進(jìn)管道允許偏差見(jiàn)表2。

表2 頂管施工的頂進(jìn)管道允許偏差 單位：mm

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述,頂管施工技術(shù)的完善和應(yīng)用,能夠有效推動(dòng)市政截污工程的發(fā)展,在闡釋頂管技術(shù)的優(yōu)勢(shì)及類型后,本文分析了冷水坑河市政截污工程中頂管技術(shù)相關(guān)因素,對(duì)施工作業(yè)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)一一列舉,不僅提高了本工程的施工效率和準(zhǔn)確率,還能夠減低施工產(chǎn)生的環(huán)境污染及破壞,從而進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)綠色城市建設(shè)及市政截污發(fā)展。